電壓互感器二次回路壓降對電能計量影響

張敏，宋冰，何剛，楊雪

（國電菏澤發電有限公司，山東菏澤274032）

電壓互感器二次回路壓降對電能計量影響

張敏，宋冰，何剛，楊雪

（國電菏澤發電有限公司，山東菏澤274032）

電壓互感器二次壓降直接反映電能表進線側電壓對電壓互感器就地端子箱側電壓的偏移程度，它的大小直接影響電能計量的準確性。對計量回路中電壓互感器二次壓降產生的原因進行分析，并結合火力發電廠關口計量回路改造實例，提出解決方案和改造措施。事實證明，采取裝設計量專用的電壓互感器二次回路，縮短導線長度，增大二次導線截面積，減小接點接觸電阻，減少電壓互感器二次負荷等技術措施，能有效降低電壓互感器二次壓降值。

電壓互感器；二次回路壓降；電能計量；應用實例

0 引言

電能計量裝置的綜合誤差由電壓互感器誤差、電流互感器誤差、電能表誤差以及電壓互感器二次回路壓降引起的誤差4部分組成［1］。即使使用中的互感器及電能表的計量誤差符合國家相關規定，電壓互感器二次側到電能表端子之間的二次回路線路的壓降也會導致電壓測量出現偏差，而且電壓互感器二次回路壓降所引起的誤差通常是最大的，是電能計量裝置綜合誤差的主要部分。電壓互感器二次壓降過大不僅降低發供電企業的經濟指標，而且影響電力系統的安全穩定運行。

1 電壓互感器二次回路電壓降產生原因

1.1 電壓互感器二次回路電壓降的理論模型

電磁式電壓互感器等值電路如圖1所示。圖1中：U1為一次電壓，kV；E1為一次繞組感應電動勢，kV；I1為一次電流，kA；r1為一次繞組電阻，Ω；X1為一次繞組漏抗，Ω；Im為空載電流即激磁電流，kA；r2為二次繞組電阻，Ω；x2為二次繞組漏抗，Ω；rm為激磁電阻，Ω；Xm為激磁電抗，Ω；I2為二次電流，kA；rb為負載電阻，Ω；xb為負載電抗，Ω；U2為二次電壓，kV；E2為二次繞組感應電動勢，kV。

圖1 電磁式電壓互感器等值電路

根據電工原理，在一次回路中，可得出［2］

U1加于一次繞組N1時，在互感器一次回路產生電流I1，I1在r1上產生與其同相的壓降，在X1上產生與其超前90°的壓降，這兩個壓降之和為I1Z1。

主磁通Φ在一次繞組N1上產生感應電動勢E1，等于激磁電流IM在激磁電阻Z上的電壓降。

在二次回路中，根據電工原理，可得［2］

主磁通Φ在二次繞組N2產生感應電動勢E2，二次回路閉合時產生二次電流I2，I2在r2上產生與其相同的壓降，在X2上產生與其超前90°的壓降，這兩個壓降之和為I2Z2。

1.2 電壓互感器二次回路電壓降產生原因

根據圖1及式（3）分析可以得到，電壓互感器二次壓降主要受以下兩個方面影響。首先，電壓互感器二次計量回路接入太多與計量無關的監測和保護設備，因為電壓互感器二次負荷都是并聯接入的，二次負載越大，其并聯阻抗越小rb和xb就越小，回路中的電流越大I2就越大，在外回路阻抗r2和x2不變的情況下，電壓互感器二次回路的壓降，即E2和U2的差就越大。其次，在計量設備阻抗rb和xb一定的情況下，外回路阻抗r2和x2越大，則電壓互感器二次回路的壓降就越大，而外回路阻抗r2和x2由二次回路導線阻抗、接插元件的內阻及接觸電阻、電壓切換元件輔助接點的接觸電阻組成。所以二次計量回路接入太多與計量無關的監測和保護設備，回路電流大，造成電壓互感器二次回路電流過大是造成電壓互感器二次回路電壓降過大的主要原因。其次二次回路導線長，截面積小，導線電阻大，接插元件和輔助接點電阻過大也會造成實際運行中的電壓互感器二次回路電壓降超過允許值。

2 降低電壓互感器二次回路壓降措施

2.1 裝設專用的電壓互感器及其二次回路

這種方式可以將關口電能表的二次回路與繼電保護、測量指示儀表的電壓回路徹底分開，避免計量回路接入太多與計量無關的監測和保護設備，專用計量回路中的電壓互感器二次壓降不受接于其他二次回路中的繼電保護、測量儀表等負載變化的影響，提高了電壓回路的可靠性。而且，計量二次回路中只有電能表電壓線圈，由于電能表電壓線圈阻抗大，通過專用電纜的電流很小，可以降低二次導線附帶阻值帶來的二次壓降誤差。同時，避免了從電壓互感器端子箱到電能表屏二次回路中出現多點接地的風險，保證了計量電壓二次回路中只有一點接地。

2.2 采用搬移表位就地計量的方式

DL/T 448—2000《電能計量裝置技術管理規程》中規定［1］：“互感器二次回路的連接導線應采用銅質單芯絕緣線，電壓二次回路連接導線截面應按允許電壓降計算確定，至少應不小于2.5 mm2。”

采取搬移表位、就地計量的方式，使二次回路中連接電纜的長度盡可能最短；同時增大導線截面積，能有效降低二次導線本身阻值，在二次回路電流相同的情況下，使二次導線本身帶來的二次壓降降至最小。

2.3 選用優質快速空氣斷路器

在實際測試中，普通空氣斷路器和熔斷器內阻較大，且基本為恒定值，無法人為改變。選用內阻和壓降小的優質快速空氣斷路器來代替普通空氣斷路器和熔斷器，可有效地降低老式熔斷器接觸點易氧化導至接觸電阻偏大的風險。減小電壓二次回路中接觸電阻的阻值，以便降低二次附加元件接觸電阻值過大帶來的二次壓降誤差。

2.4 減小二次回路觸點接觸電阻

在檢修工作中，運行人員會拉開電壓互感器二次回路的空氣斷路器或者熔斷器，操作次數多了，會因接觸面氧化或者熔斷器卡接不緊造成接觸電阻過大，在實際運行中，該原因造成的壓降較隱蔽且不易發現，但實際造成的壓降有可能是最大的。通過對二次電壓回路分段測量直流電阻、定期檢驗中間繼電器、打磨觸點、接線端子、壓線螺絲以及電壓插件等方式可判斷裝置狀態，對回路中接觸電阻過大的元件及時進行更換能盡量減小接觸電阻，使二次回路中接觸電阻本身引起的二次壓降降至最小。

3 降低電壓互感器二次壓降改造實例

3.1 裝設專用的電壓互感器

國電菏澤發電有限公司一期2號主變壓器220kV側關口電能表取自220 kV側Ⅱ母線電壓互感器電壓，改造前電壓互感器精度為0.5級，計量測量回路與繼電保護回路是共用同一電壓繞組和二次電壓回路。改造后電壓互感器精度為0.2級［1］，并且關口電能表的二次計量回路與繼電保護回路分開，直接由電壓互感器專用繞組二次端子單引專用電纜到電能表，取得了良好的效果，改造前后相關數據見表1。

表1 改造前后電壓互感器誤差與二次實際負載測試

從表1中可以看出，改造后二次壓降和二次實際負載大幅度減小，取得了良好的經濟效果，大大提高了關口電能表的計量準確性。

3.2 增大電壓互感器二次導線的截面

2014年5月5日，技術人員對關口電能表電壓互感器二次壓降進行定檢時發現1號、2號主變關口電能表電壓互感器二次壓降偏大，分析是由升壓站就地端子箱到網控室的二次電纜壓降過大造成的。5月7日敷設該段的二次電纜，加粗線芯到22 mm2，改造后電壓互感器二次回路壓降明顯減小，改造前后測量數據見表2。

表2 加粗電纜前后電壓互感器二次電壓降測試

自2號主變關口表二次電纜加粗后，220 kV側IA母線電壓互感器端子箱到1號主變關口表之間的電纜也進行了加粗改造，增大了導線的截面積，保障了我公司一期關口電能表的計量準確性。

3.3 減小觸點接觸電阻

電能表所在的二次回路應去掉不必要的接點，并對接點進行定期清擦，以減小接觸電阻。把計量二次回路中的老式熔斷器全部更換為內阻和壓降小的優質快速空氣斷路器，切換裝置逐步改造，直接在關口電能表屏切換，把接口屏的切換繼電器徹底拆除，現場運行表明，不但起到了降低二次回路壓降的作用，而且提高了機組的安全可靠運行。

3.4 采用就地計量方式

采取移屏、二次回路重新敷設電纜等改造措施，縮短二次電纜的長度，使電能計量裝置盡量實現就地計量方式。

菏澤發電有限公司先后利用3號機組C修和4號機組C修的機會，對二期關口表整體進行技術改造，重新設計二次計量回路，設計中采用就地計量方式，加粗電壓互感器、電流互感器二次導線的截面積，去掉不必要的接點。將3、4號主變關口電能表由網控室移到網絡繼電器室，按照DL/T 448—2000的要求，分別從升壓站就地端子箱到網絡繼電器室重新敷設二次電纜并加粗線芯。重新配置盤內線，關口表改造完成后，不但從根本上降低了電壓互感器二次回路壓降值，而且電流互感器二次回路二次實際負載也大幅度降低，從而改善了關口計量點的技術指標。

改造前后測量數據見表3。

表3 電能表改造前后檢測數值

長期安全運行，可避免機組因凝汽器故障而帶來的停機、檢修等額外損失。

4.3 經濟性分析

凝汽器改造后熱負荷和換熱性能都提高了，凝汽器壓力年平均降低（機組真空年平均提高）約0.58kPa左右，機組供電煤耗降低約1.161～1.834g/kWh，經濟效益明顯。

但是，凝汽器改造后水側阻力增加，會使循環水泵降低流量來提高揚程，因此，同一臺泵在凝汽器改造后供給凝汽器的冷卻水量是減少的，在機組負荷和冷卻水入口溫度相同的情況下，實際凝汽器改造所帶來的效益如果考慮循環水流量減少帶來的負面影響就比表3中所列效益要低。

4.4 其他影響因素分析

不銹鋼換熱管本身的導熱性能較差，為提高其換熱能力，要確保管內冷卻水有較高的流速，建議在條件允許的情況下，對循環水泵進行增容和調節方式改造，對冷卻塔淋水填料和噴淋裝置進行維修和節能改造，整體提升冷端系統節能水平。

不銹鋼管換熱性能較銅管下降速度慢，能夠較長時間的保持較高的換熱能力，保持換熱管表面較好的清潔度是前提，因此，要確保循環水水質良好且膠球清洗裝置正常投運。

5 結語

凝汽器改造后，在循環水流量17 900 t/h，135 MW負荷條件下，凝汽器入口循環水溫度20℃時的凝汽器壓力為4.562 kPa，較改造前降低0.618 kPa，優于4.9 kPa的設計保證值；在凝汽器入口循環水溫度為33℃時的凝汽器壓力為9.034 kPa，較改造前下降1.066 kPa，優于10.02 kPa的設計保證值；凝汽器傳熱端差小于4℃，凝結水溶氧量小于30 μg/L，凝結水過冷度低于0.5℃，均達到設計保證值；水側阻力超過設計保證值所允許的最大阻力，沒有達到設計要求。

通過凝汽器改造，解決了凝汽器存在的換熱能力不足和換熱性能下降而導致機組真空偏低的問題，凝汽器壓力下降（真空提高）幅度明顯，尤其在夏季高負荷運行時凝汽器的換熱性能增強，機組的帶負荷能力提高，具有較好的經濟效益，達到了改造的預期目標。

［1］趙偉光，于劍宇，趙德喜.國產200 MW汽輪機組凝汽器改造經濟性評價［J］.東北電力技術，2010（4）：13-16.

［2］王學棟，王學同.老式凝汽器運行現狀分析與節能改造［J］.汽輪機技術，2007，49（4）：308-311.

［3］王鵬，王進仕，邵郡.330 MW機組凝汽器改造及其經濟性分析［J］汽輪機技術，2012，52（1）：71-73.

Effect of the PT Secondary Loop Voltage Drop on Power Energy Measurement

ZHANG Min，SONG Bing，HE Gang，YANG Xue
（Guodian Heze Power Generation Corporation Limited，Heze 274032，China）

The secondary voltage drop of the potential transformer is the direct reflection of how the primary voltages on the electric energy meters deviate from those on the on-site terminal boxes.Its value directly influences the accuracy of the energy meters.Causes of voltage drop are analyzed and solutions are suggested combined with modification of the gateway meter circuits in power plants.Measures to reduce the voltage drop have been proved effective，such as fitting the special measurement loops to the secondary of the potential transformer，shortening the wires，increasing the cross-sectional area of wires，minimizing the contact resistance，and reducing the secondary loads of the voltage transformer.

potential transformer；secondary loop voltage drop；power energy measurement；modification

TM451

B

1007－9904（2015）02－0061－03

2014-12-15

陳義森（1967），男，高級工程師，副教授，從事電站汽輪機調試、試驗、科研等工作。